Các tín hiệu vào hệ thống điều khiển xuất phát từ các bộ cảm biến dùng để phát hiện có người đến gần từ bên ngoài và sự đến gần của người từ bên trong.. Tín hiệu ra của thiết bị điều khi
Trang 1cân định lượng của trạm trộn đảm bảo chính xác cao đã giải quyết triệt để các sai lệch động nhờ ứng dụng các thuật toán bù khối lượng Thực tế sản xuất cho thấy, sai số sau bù lệch là 16Kg/11,95 tấn bê tông tươi, một kết quả vượt quá sự mong đợi Hệ thống trộn bê tông tự động đã được các chuyên gia Nhật Bản và Cu Ba đánh giá cao, cho phép áp dụng ngay vào các dự án lớn của thành phố Hà Nội
ắ Mô hình ga tập trung điện khí sử dụng PLC: Tăng cương năng lực
thông ga và độ an toàn khi chạy tàu Được ứng dụng vào các ga nhỏ sẽ tăng động chính xác, an toàn, giảm cường độ lao động cho người trực ban (chỉ cần nhìn vào màn hình là có thể biết được cự ly của tàu so với ga) thay thế các thao tác thủ công như chờ tàu đến, khi tàu đến phải chạy ra xem tàu đã vào hết chưa…
ắ Mô hình đóng mở cửa tự động: Cửa tự động sẽ mở khi có người đến
gần và kéo dài trong khoảng thời gian xác định, trước khi đóng Các tín hiệu vào hệ thống điều khiển xuất phát từ các bộ cảm biến dùng để phát hiện có người đến gần từ bên ngoài và sự đến gần của người từ bên trong Các bộ cảm biến này là các linh kiện bán dẫn cảm biến nhiệt cung cấp tín hiệu điện áp khi bức xạ hồng ngoại tác động lên chúng Ngoài ra, còn có các tín hiệu nhập đi vào thiết bị điều khiển này có thể phát ra từ công tắc giới hạn để cho biết thời
điểm cửa mở hoàn toàn và thiết bị định giờ để duy trì cửa mở trong thời gian yêu cầu Tín hiệu ra của thiết bị điều khiển có thể dẫn đến các van điều khiển, van khí nén vận hành bằng Solenoid sử dụng chuyển động của các pittông trong xi lanh để mở và đóng cửa Mô hình này đã được ứng dụng vào toà nhà văn phòng Chính phủ và đã được những ý kiến phản hồi đáng khích lệ
ắ Nhà sản xuất Thuỵ Sĩ Mikron chọn PLC của Siemens sử dụng trong xưởng chế tạo của họ PLC đối thoại qua hệ thống máy tính công nghiệp chạy phần mềm HMI là chìa khoá để làm cho hệ thống lớn này dễ thiết lập
và sử dụng
ắ Nhà sản xuất Ôtô Jaguar (Anh) sử dụng các PLC và bộ truyền động
để đảm bảo hoạt động của dây chuyền sản xuất với các tính năng Mosbus
Trang 2Ethernet TCP/IP và Web cho phép các kỹ sư kiểm tra tình trạng thiết bị từ mọi
vị trí trong nhà máy
3.1.6 Cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển lập trình PLC [5]
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lí, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập xuất và thiết bị lập trình
1 Bộ xử lí trung tâm
Bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lí hệ thống, bộ nhớ và mạch nhập/xuất Bộ xử lí trung tâm được trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng 1
đến 8MHz Tốc độ này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng bộ hoá tất cả các thành phần của hệ thống Cấu hình CPU tuỳ thộc vào bộ vi xử lí Nói chung, CPU có:
ắ Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lí dữ liệu, thực
hiện các phép toán số học (cộng, trừ) và các phép toán logic AND, OR, NOT
và EXCLUSIVE-OR
ắ Bộ nhớ, còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lí, được sử dụng
để lưu trữ thông tin lên quan đến sự thực thi chương trình
Thiết bị lập trình
Bộ nhớ
Bộ xử lí
Giao diện xuất
Giao diện nhập
Nguồn công suất
Hình 3.1 : Sơ đồ khối hệ thống PLC
Trang 3ắ Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các
phép toán Thông tin trong PLC được truyền dưới dạng tín hiệu Digital Các
đường dẫn bên trong truyền các tín hiệu Digital được gọi là các bus Về vật lý, bus là bộ dây dẫn, truyền tín hiệu điện Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC Thông tin được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị phân 1 hoặc 0, tương ứng với các trạng thái on/off Thuật ngữ từ được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó Hệ thống PLC có bốn bus:
ắ Bus dữ liệu tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lí của CPU
Bộ vi xử lí 8 bit có một bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8 bit, có thể thực hiện phép toán giữa các số 8 bit và phân phối kết quả theo số 8 bit
ắ Bus địa chỉ được sử dụng để tải địa chỉ các vị trí trong bộ nhớ Như vậy,
mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địa chỉ duy nhất Bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ được truy cập Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8 bit, hoặc số lượng địa chỉ phân biệt là 28 = 256 Với bus địa chỉ 16 đường, số lượng địa chỉ khả dụng là 65.536
ắ Bus điều khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng để điều khiển; ví
dụ, để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu, và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hoá các hoạt động
ắ Bus hệ thống được dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và
thiết bị nhập/xuất
2 Bộ nhớ
Là nơi lưu dữ chương trình cho các hoạt động điều khiển, dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý Trong hệ thông PLC có nhiều loại bộ nhớ:
ắ Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành
và dữ liệu cố định được CPU sử dụng
ắ Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho chương trình của người
dùng đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của thiết bị nhập/xuất, các
Trang 4giá trị của đồng hồ thời chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ ra, cùng với trạng thái các ngõ vào và ngõ ra đó một phần dành cho dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn…
ắ Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được (EPROM) là các ROM
có thể lập trình, sau đó trương trình này được thường trú trong ROM
Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM Tất cả các PLC đều có một lượng RAM để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình Tuy nhiên, để tránh mất mát chương trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian Sau khi được cài đặt vào RAM, chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là các module có khoá với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu Ngoài ra còn có bộ đệm tạm thời, lưu trữ các kênh nhập/xuất
3 Bộ nguồn
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (5 V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong module giao diện nhập/xuất Nguồn cung cấp cho PLC được cấp từ nguồn 220V~ hoặc 110V~ (tần số 50 ữ 60 Hz) hoặc 24 DCV
4 Thiết bị nhập/xuất
Thiết bị nhập/xuất là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại
vi và truyền thông tin tới thiết bị bên ngoài Tín hiệu nhập có thể từ các công tắc hoặc từ các bộ cảm biến… Các thiết bị xuất có thể đến cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van Solenoid… các thiết bị nhập/xuất có thể
được phân loại theo kiểu tín hiệu cung cấp, rời rạc Digital hoặc Analog Các thiết bị cung cấp tín hiệu rời rạc hoặc Digital là các thiết bị có tín hiệu
on hoặc off Các thiết bị Analog cung cấp các tín hiệu có độ lớn tỷ lệ với
Trang 5giá trị của biến đang được giám sát
5 Thiết bị lập trình
Được sử dụng để nhập chương trình cần thiết vào bộ nhớ của bộ xứ lý Chương trình được viết trên thiết bị này, sau đó được chuyển đến bộ nhớ của PLC
3.1.7 Trình tự thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PLC
Lập trình điều khiển (cho PLC) ngày càng trở nên phổ biến, không giống với lập trình thông thường cho máy tính (PC) hay cho vi điều khiển lý do đơn giản là vì bài toán lập trình điều khiển cho PLC có những đặc thù riêng PLC
được thiết kế cho phép các kỹ sư, không yêu cầu kiến thức cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành, quy trình thực hiện thường là:
- Nghiên cứu yêu cầu điều khiển
- Xác định số lượng đầu vào và đầu ra
- Viết chương trình điều khiển
- Nạp chương trình vào bộ nhớ PLC
- Cho PLC chạy thử để điều khiển đối tượng
1 Nghiên cứu yêu cầu cần điều khiển của hệ thống
Đầu tiên phải xác định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng ta muốn
điều khiển Mục đích chủ yếu của bộ điều khiển được lập trình hoá để điều khiển một hệ thống bên ngoài Hệ thống được điều khiển có thể là một thiết
bị, máy móc, hoặc quá trình xử lý và thường gọi là hệ thống điều khiển
2 Xác định số lượng đầu vào và đầu ra
Tất cả các thiết bị nhập/xuất cung cấp giao diện giữa hệ thống và thế giới bên ngoài Cho phép thực hiện các nối kết, thiết bị cảm ứng… Những thiết bị xuất
là những thiết bị từ tính, những van điện từ, động cơ và đèn chỉ báo… Thông qua các thiết bị nhập/xuất, chương trình được đưa vào hệ thống từ bảng chương trình Mỗi điểm nhập/xuất có một địa chỉ duy nhất có thể được CPU sử dụng
Các kênh nhập/xuất có chức năng cô lập và điều hoà tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể được nối trực tiếp với chúng mà
Trang 6không cần thêm mạch điện khác Sự phân định số lượng thiết bị nhập/xuất
được đưa ra ngoài trước việc nối dây theo sơ đồ Ladder bởi vì số lệnh là giá trị chính xác của những tiếp điểm trong sơ đồ Ladder
3 Viết chương trình điều khiển
Hầu hết các PLC hiện nay vẫn sử dụng ngôn ngữ lập trình quen thuộc đã xuất hiện từ thời kỳ đầu là Ladder (LAD) - ngôn ngữ dạng biểu đồ thang, ngôn ngữ dạng liệt kê lệnh Statement List (STL) Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một chương trình kiểu STL tương ứng
4 Nạp chương trình vào bộ nhớ
Các chương trình được đưa vào bộ nhớ của PLC bằng thiết bị lập trình Các thiết bị lập trình có thể là loại cầm tay, bộ giao tiếp để bàn, hoặc máy tính Sau khi hoàn chỉnh phần lập trình, nạp chương trình xuống PLC (down - load), đọc chương trình từ PLC (upload) theo dõi chương trình để gỡ rỗi (Monitoring, Debug), theo dõi và thay đổi tham số trực tuyến
5 Chạy thử chương trình
Để đảm bảo cấu trúc chương trình và các tham số đã cài đặt là chính xác trước khi đưa vào điều khiển chúng ta cần thực hiện việc kiểm tra và phát hiện lỗi thông qua bộ mô phỏng hoặc ghép nối trực tiếp với đối tượng cần điều khiển và hoàn thiện chương trình theo hoạt động của nó
Trang 73.1.8 Ngôn ngữ lập trình của Simatic S7 - 200 [6]
S7-200 là ngôn ngữ lập trình thông dụng, thông qua nó mà người sử
Nối tất cả thiết bị vào / ra với PLC
Kiểm tra tất cả
các dây nối
Chạy thử chương trình
Sửa lại phần mềm
Chương trình
đúng
Lưu chương trình vào EPROM
Sắp xếp có hệ thống tất cả các bản vẽ
Kết thúc
Tìm hiểu các yêu cầu của hệ thống điều khiển
Dựng một lưu đồ chung của hệ thống điều khiển
Liên kết các đầu vào / ra
tương ứng vỡc các đầu I/O của PLC
Phiên dịch lưu đồ sang giản đồ thang
Lập trình giản đồ thang
vào PLC
Thay đổi
chương trình
Mô phỏng chương trình
và kiểm tra phần mềm
Chương trình
đúng
Hình 3.2 : Sơ đồ thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC
Trang 8dụng thông tin được với bộ điều khiển PLC bên ngoài S7 - 200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình
ắ Cách lập trình cho S7 - 200 nói riêng và cho bộ PLC của Siemens nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản
ắ Phương pháp hình thang: (ladder logic viết tắt là LAD) đây là phương pháp đồ hoạ thích hợp đối với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic, những kỹ sư ngành điện
ắ Phương pháp liệt kê lệnh: STL (Statement list) đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Bao gồm các câu lệnh được ghép lại theo một thuật toán nhất định để tạo một chương trình Phương pháp này phù hợp với các kỹ sư lập trình
Một chương trình được viết theo phương pháp LAD có thể được chuyển sang dạng STL tuy nhiên không phải chương trình nào viết theo dạng STL cũng có thể được chuyển sang dạng LAD
Trong quá trình lập trình điều khiển chúng tôi viết theo phương pháp LAD do vậy khi chuyển sang STL thì bộ lệnh của STL có chức năng tương ứng như các tiếp điểm, các cuộn dây và các hộp dây dùng trong LAD Để làm quen và hiểu biết các thành phần cơ bản trong LAD và STL ta cần nắm vững các định nghĩa cơ bản sau:
ắ Định nghĩa về LAD: LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ Những thành phần dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng
điều khiển bằng rơle Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic
ắ Lập trình thang PLC thông dụng dựa trên sơ đồ thang Việc viết chương trình tương đương với vẽ mạch chuyển mạch sơ đồ thang gồm hai
đường dọc biểu diễn đường công suất Các mạch được nối kết qua đường ngang (các nấc thang), giữa hai đường dọc này
Để vẽ sơ đồ thang, cần tuân thủ các quy ước sau
Trang 9ắ Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được nối kết giữa các đường này
ắ Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển
ắ Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống
Nấc ở đỉnh thang được đọc từ trái sang phải Tiếp theo, nấc thứ hai tính từ trên xuống được đọc từ trái sang phải Khi ở chế độ hoạt động, PLC
sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang, nấc cuối của chương trình thang
được ghi chú rõ ràng, sau đó được lập lại từ đầu Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc của chương trình được gọi là chu trình
ắ Mỗi nấc bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất một ngõ ra Thuật ngữ ngõ vào được dùng cho hoạt động điều khiển, chẳng hạn đóng các tiếp điểm công tắc, được dùng làm ngõ vào PLC Thuật ngữ ngõ
ra được dùng cho thiết bị được nối kết với ngõ ra của PLC, ví dụ, động cơ
ắ Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng Vì vậy, công tắc thường mở được trình bầy trên sơ đồ thang ở trạng thái mở Công tắc thường đóng được trình bầy ở trạng thái đóng
ắ Thiết bị bất kì có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang Ví dụ, có thể có
END
Nấc 1 Nấc 2 Nấc 3
Nấc cuối Nấc 4
Hình 3.3 : Sơ đồ quét hình thang
Trang 10rơle đóng mạch một hoặc nhiều thiết bị Các mẫu tự và/hoặc các số giống nhau được sử dụng để ghi nhãn cho thiết bị trong từng trường hợp
ắ Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng Kí hiệu tuỳ theo nhà sản xuất PLC Đó là địa chỉ ngõ vào hoặc ngõ ra trong bộ nhớ của PLC
Tiếp điểm: là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơle Các tiếp điểm đó có thể là thường mở hoặc thường đóng
ắ Cuộn dây (Coil): Là biểu tượng mô tả rơle được mắc theo chiều dòng
điện cung cấp cho rơle
ắ Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi
có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Cuộn dây và các hộp phải mắc theo đúng chiều dòng điện
Chiều dòng điện trong mạng LAD đi từ đường nguồn bên trái sang
đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái là dây nóng đường nguồn bên phải là đây trung hoà hay là đường trở về của nguồn cung cấp (Khi sử dụng chương trình tiện dùng Step7 Micro/Dos hoặc Step7 Micro/Win thì đường nguồn bên phải không được thực hiện) Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp
điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về nguồn bên phải
ắ Định nghĩa về STL: Phương háp liệt kê lệnh là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình
kể cả các lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC Phương pháp STL dùng các từ viết rắt gợi nhớ để lập công thức cho việc điều khiển, tương tự với ngôn ngữ Assembler ở máy tính
3.1.9 Phương pháp lập trình trên phần mềm Step7- Micro/Win32
Phần mềm Step 7 - Micro/Win 32, người dùng tạo ra các chương trình
và cấu hình dưới dạng mà họ thích: biểu đồ thang (Ladder diagram), danh sách lệnh (Statement list), biểu đồ các khối chức năng (Function block diagram) Một hoặc hai dự án có thể soạn thảo song song cùng một lúc Việc
